一种盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，尤其是指一种盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置。

背景技术

随着城市地下隧道的大规模建设，盾构施工工法以其特有的安全快速的优点，已经成为隧道施工的首选工法，然而盾构的掘进所引起的地层沉降始终不可避免，为了最大限度的降低盾构施工对周围地层的扰动，除了刀盘和盾壳可以对土体产生支撑作用外，通常还会选择壁后同步注浆工艺，以起到主动控制地层变形的目的。

盾构施工壁后同步注浆是把具备一定流动性的液相注浆材料，以一定的注浆压力和注浆量注入至开挖管片外侧的环形空隙内；随着时间推移，浆液由液体状态向固体状态转化，产生排水固结硬化现象，从而起到减小地层变形程度的效果。而由于实际盾构施工不方便观察测量浆液固结的工程性能，因此现有技术中通常都通过浆液固结测试装置来模拟盾构施工中浆液固结变形的过程，并对浆液的固结变形程度、最终固结体的力学参数进行测试，得到测试结果，以指导实际施工时浆液类型的准确选取。

现有技术中的浆液固结测试装置包括测试柱，测试柱底部填充土体材料，土体材料的上方注入浆液，通过砝码堆叠对浆液施加压力，使浆液排水固结，并根据浆液的排水量反应出浆液固结变形程度；待浆液固结后，通过环刀取样并养护一段时间，对取样固结体的力学性能进行测试，得到最终测试结果。

但是，现有技术中的浆液固结测试装置通过排水量反应浆液的变形程度属于间接测试，浆液的变形程度测试不够准确，且无法获知浆液随时间变化的实时变形数据。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中浆液固结测试装置通过排水量反应浆液的变形程度，存在测试不够准确，且无法获知浆液随时间变化的实时变形数据的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置，包括：

第一测试筒，所述第一测试筒顶部敞口，第一测试筒内设置有与筒壁密封连接的过滤板，所述过滤板开设有过滤孔，所述过滤孔被配制为仅允许液体通过，所述过滤板的上方填充土体材料；

第二测试筒，所述第二测试筒的两端敞口，且所述第二测试筒与所述第一测试筒的顶部敞口端密封连接，所述第二测试筒被配制为填充待测浆液；

供压组件，所述供压组件包括活塞、封板、空压机以及进气管，所述活塞密封滑动设置在所述第二测试筒内，所述封板密封在所述第二测试筒远离所述第一测试筒的一端，所述封板上开设有进气孔，所述空压机通过进气管与所述进气孔连接，所述空压机被配制为向所述活塞和所述封板之间的空间内充气，并推动所述活塞移动挤压所述待测浆液；

集水组件，所述集水组件包括集水管和集水量杯，所述第一测试筒的底端设置有出水阀，所述集水管的一端与所述出水阀连接，所述集水管的另一端与所述集水量杯连接；

测量组件，所述测量组件包括激光位移传感器和数据采集仪，所述激光位移传感器设置在第二测试筒的一侧，所述第二测试筒设置为透明材质，所述数据采集仪与所述激光位移传感器连接；所述激光位移传感器被配制为测量所述待测浆液的位移量。

在本发明的一个实施例中，所述过滤板上设置有滤纸，所述滤纸被配制为仅允许液体通过。

在本发明的一个实施例中，所述第一测试筒的敞口端设置有第一法兰，所述第二测试筒的一端设置有第二法兰，所述第一法兰与所述第二法兰螺栓连接。

在本发明的一个实施例中，还包括抽气组件，所述抽气组件包括抽气管、控制阀以及抽气泵，所述活塞上开设有贯通的抽气孔，所述抽气管的一端与所述抽气孔连接，所述抽气管的另一端与所述抽气泵连接，所述控制阀设置在所述抽气管上，所述抽气泵被配制为抽出所述活塞与待测浆液之间的空气。

在本发明的一个实施例中，所述封板上开设有避位孔，所述抽气管穿设在所述避位孔。

在本发明的一个实施例中，所述第二测试筒远离所述第一测试筒的一端设置有第三法兰，所述封板与所述第三法兰螺栓连接。

在本发明的一个实施例中，所述第一测试筒内设置有储土腔和储水腔，所述储土腔位于所述过滤板的上方，所述储水腔位于所述过滤板的下方，所述储土腔连接有进水阀，所述出水阀设置在所述储水腔处。

在本发明的一个实施例中，还包括取样盒，所述取样盒位于所述第二测试筒内，且所述待测浆液淹没所述取样盒。

在本发明的一个实施例中，所述测量组件还包括折叠支架，所述折叠支架与所述激光位移传感器连接。

在本发明的一个实施例中，所述测量组件还包括孔隙水压力传感器，所述孔隙水压力传感器的一端伸入至所述待测浆液内，所述孔隙水压力传感器与所述数据采集仪连接。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置包括第一测试筒、第二测试筒、供压组件、集水组件以及测量组件，其中，供压组件包括活塞、封板、空压机以及进气管，集水组件包括集水管和集水量杯，测量组件包括激光位移传感器和数据采集仪，激光位移传感器设置在第二测试筒的一侧，第二测试筒设置为透明材质，激光位移传感器被配制为测量待测浆液的位移量。所述的盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置在使用时，土体材料填充在第一测试筒内，待测浆液填充在第二测试筒内，且待测浆液位于土体材料之上，空压机向第二测试筒内充气，并推动活塞移动挤压待测浆液，直至待测浆液向土体一侧排水、并完成固结硬化，待测浆液的排水收集至集水量杯内，作为浆液固结变形程度的间接测试数据，激光位移传感器实时测量待测浆液的液面高度变化和位移情况，作为浆液固结变形程度的直接测试数据。所述的盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置通过直接测试数据和间接测试数据的结合测试，有效提高了对浆液变形程度的测量实时性和准确性，便于获取浆液准确的工程性能参数。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明优选实施例中盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置的结构示意图；

图2是图1所示的盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置中取样器的结构示意图。

说明书附图标记说明：1、第一测试筒；11、过滤板；12、出水阀；13、第一法兰；14、储土腔；15、储水腔；16、进水阀；2、第二测试筒；21、第二法兰；22、第三法兰；3、供压组件；31、活塞；311、抽气孔；32、封板；321、进气孔；322、避位孔；33、空压机；34、进气管；4、集水组件；41、集水管；42、集水量杯；5、测量组件；51、激光位移传感器；52、数据采集仪；53、折叠支架；54、孔隙水压力传感器；6、抽气组件；61、抽气管；62、控制阀；63、抽气泵；7、取样盒；8、土体材料；9、待测浆液。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1和图2所示，本发明公开了一种盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置，包括：

第一测试筒1，第一测试筒1顶部敞口，第一测试筒1内设置有与筒壁密封连接的过滤板11，过滤板11开设有过滤孔，过滤孔被配制为仅允许液体通过，过滤板11的上方填充土体材料8；

第二测试筒2，第二测试筒2的两端敞口，且第二测试筒2与第一测试筒1的顶部敞口端密封连接，第二测试筒2被配制为填充待测浆液9；

供压组件3，供压组件3包括活塞31、封板32、空压机33以及进气管34，活塞31密封滑动设置在第二测试筒2内，封板32密封在第二测试筒2远离第一测试筒1的一端，封板32上开设有进气孔321，空压机33通过进气管34与进气孔321连接，空压机33被配制为向活塞31和封板32之间的空间内充气，并推动活塞31移动挤压待测浆液9；

集水组件4，集水组件4包括集水管41和集水量杯42，第一测试筒1的底端设置有出水阀12，集水管41的一端与出水阀12连接，集水管41的另一端与集水量杯42连接；

测量组件5，测量组件5包括激光位移传感器51和数据采集仪52，激光位移传感器51设置在第二测试筒2的一侧，第二测试筒2设置为透明材质，数据采集仪52与激光位移传感器51连接；激光位移传感器51被配制为测量待测浆液9的位移量。

所述的盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置在使用时，土体材料8填充在第一测试筒1内，待测浆液9填充在第二测试筒2内，且待测浆液9位于土体材料8之上，空压机33向第二测试筒2内充气，并推动活塞31移动挤压待测浆液9，直至待测浆液9向土体材料8的一侧排水、并完成固结硬化，待测浆液9的排水收集至集水量杯42内，作为浆液固结变形程度的间接测试数据；激光位移传感器51实时测量待测浆液9的液面高度变化和位移情况，作为浆液固结变形程度的直接测试数据。所述的盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置通过直接测试数据和间接测试数据的结合测试，有效提高了对浆液变形程度的测量实时性和准确性，便于获取浆液准确的工程性能参数。

在本实施例中，优选的，过滤板11上设置有滤纸，滤纸被配制为仅允许液体通过。

通过设置滤纸和过滤板11，避免了在浆液固结硬化时土体材料8的流失，保证浆液固结硬化时排水能够顺利通过滤纸并被收集至集水量杯42内，从而根据排水量反应浆液固结变形的程度，保障间接测试的准确性。

在本实施例中，优选的，第一测试筒1的敞口端设置有第一法兰13，第二测试筒2的一端设置有第二法兰21，第一法兰13与第二法兰21螺栓连接。

通过设置第一法兰13和第二法兰21，方便第一测试筒1和第二测试筒2的装拆连接，且优选的，第一法兰13和第二法兰21之间可以设置密封圈，进一步提高第一测试筒1和第二测试筒2在测试时的密封性能，避免浆液排水从第一测试筒1和第二测试筒2的连接处流出，提高了测试装置的可靠性。

在本实施例中，优选的，盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置还包括抽气组件6，抽气组件6包括抽气管61、控制阀62以及抽气泵63，活塞31上开设有贯通的抽气孔311，抽气管61的一端与抽气孔311连接，抽气管61的另一端与抽气泵63连接，控制阀62设置在抽气管61上，抽气泵63被配制为抽出活塞31与待测浆液9之间的空气。

盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置在使用时，活塞31会在注入待测浆液9之后安装在第二测试筒2内，此时活塞31底部至待测浆液9之间会存在大量空气，为了避免活塞31在移动至将空气挤压至待测浆液9内部而影响测试准确性，本实施例中设置了抽气组件6，抽气组件6通过抽气泵63、抽气管61的配合，能够将活塞31至待测浆液9之间的空气抽取排出。其中，抽气泵63的抽气排出量与空压机33的送气量匹配设置，使活塞31至待测浆液9之间的空气排出时，活塞31同时下移直至接触待测浆液9；当活塞31的底端与待测浆液9接触后，关闭控制阀62，停止抽气工作，随后空压机33继续充气，并推动活塞31挤压待测浆液9固结排水。

在本实施例中，优选的，活塞31的端部还设置仅允许气体通过的阻挡膜，从而避免待测浆液9通过抽气管61而排出的情况，进一步提高了装置的可靠性。

在本实施例中，具体的，封板32上开设有避位孔322，抽气管61穿设在避位孔322。

在本实施例中，优选的，第二测试筒2远离第一测试筒1的一端设置有第三法兰22，封板32与第三法兰22螺栓连接。

通过设置第三法兰22，方便了封板32和第二测试筒2的装拆连接，且优选的，第三法兰22和封板32之间可以设置密封圈，进一步提高封板32和第二测试筒2在测试时的密封性能，避免充气泄露，提高了测试装置的可靠性。

在本实施例中，优选的，第一测试筒1内设置有储土腔14和储水腔15，储土腔14位于过滤板11的上方，储水腔15位于过滤板11的下方，储土腔14连接有进水阀16，出水阀12设置在储水腔15处。

通过设置储土腔14和储水腔15，在测试准备时，土体材料8填充至储土腔14内，关闭出水阀12，操作人员通过外接水泵，从进水阀16处向第一测试筒1灌水，使土体材料8自下而上被润湿，直至液面高于土体材料8填充高度后静置处理，形成饱和地层；随后关闭进水阀16，打开出水阀12，使饱和地层静置并排除多余的水。通过将土体材料8处理为饱和地层，保障了待测浆液9固结时的排水能够顺利流过饱和地层而从储水腔15内排出，最后被收集至集水量杯42内，提高了测试可靠性。

在本实施例中，参照图2所示，优选的，盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置还包括取样盒7，取样盒7位于第二测试筒2内，且待测浆液9淹没取样盒7。

通过将取样盒7预设在待测浆液9内，当待测浆液9固结硬化后，方便对硬化后的待测浆液固结体进行取样，降低取样时对样品的扰动性，提高后续检测待测浆液固结体的强度、渗透性、弹性模量等工程参数的准确性。

在本实施例中，优选的，测量组件5还包括折叠支架53，折叠支架53与激光位移传感器51连接。

通过设置折叠支架53，折叠支架53能够调节高度或倾斜角度，从而保证激光位移传感器51位于合适的测量位置，方便操作，提高了测试装置的可靠性。

在本实施例中，优选的，测量组件5还包括孔隙水压力传感器54，孔隙水压力传感器54的一端伸入至待测浆液9内，孔隙水压力传感器54与数据采集仪52连接。

通过设置孔隙水压力传感器54，孔隙水压力传感器54测量待测浆液9的孔隙水压力，进一步获得待测浆液9变形程度的反应量测试数据，提高测试准确性。

本实施例的实施原理为：所述的盾构施工同步注浆的浆液固结测试装置在使用时，操作人员首先将土体材料8填充至第一测试筒1内的过滤板11上方，通过注水静置，使土体材料8形成饱和地层；随后向第二测试筒2内填充待测浆液9，放置安装活塞31，通过抽气泵63和空压机33的配合，使活塞31移动抵触至待测浆液9的液面上；随后抽气泵63停止工作，空压机33继续充气，使活塞31继续挤压待测浆液9，直至待测浆液9固结硬化；在活塞31挤压待测浆液9时，激光位移传感器51始终检测待测浆液9的液面高度，从而直接测出待测浆液9的位移变化情况；待测浆液9固结硬化的排水被收集至集水量杯42中，间接反应出待测浆液9的变形程度；最后，打开第一法兰13和第二法兰21的连接，从第二测试筒2内取出取样盒7，对待测浆液固结体进行平整、养护处理，并测试养护好的待测浆液固结体的力学性能，完成测试。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。